Pentaquark dan Pet

Ketika nama saya diumumkan sebagai pembicara selanjutnya di hari pertama "Workshop on Pentaquark", seorang profesor senior dari Jepang berteriak kaget, "What? There is a pentaquark research in Indonesia?"

Alih-alih tersinggung atas perkataan tersebut, saya malahan tertawa sambil menatap sang profesor yang namanya sudah tidak asing di komunitas Fisika Partikel.

Kenalan saya yang duduk persis di depan saya, Prof Ken Hicks dari Ohio University, juga tertawa. Namun, dengan cepat dia menjelaskan kalau penelitian yang saya lakukan adalah penelitian teori produksi pentaquark dengan menggunakan sinar gamma, yang tentu saja tidak membutuhkan peralatan eksperimen supercanggih.

Komentar tentang riset di Indonesia memang tampaknya selalu negatif. Saya dapat memahami keterkejutan sang profesor. Pentaquark adalah partikel yang di susun oleh lima buah quark yang baru saja berhasil "ditemukan".

Tidak seperti partikel-partikel yang selama ini diketahui oleh para ilmuwan yang hanya disusun oleh dua atau tiga quark saja, eksistensi pentaquark tentu saja dapat mengubah pandangan manusia terhadap konstruksi alam semesta ini. Partikel ini pertama diamati oleh sekelompok ilmuwan yang dipimpin oleh Prof Takashi Nakano di laboratorium SPRING8 dekat Osaka, dengan menggunakan sebuah synchrotron berenergi 8 miliar elektronvolt.

Secara teoretis, keberadaan pentaquark telah diramalkan oleh Dr Dmitri Diakonov (seorang fisikawan Rusia) melalui serangkaian perhitungan teori Model Soliton. Konfirmasi eksistensi pentaquark dengan cepat diperoleh dari beberapa laboratorium fisika partikel di Amerika dan Eropa. ( Lihat artikel: "Penemuan Partikel Eksotik Pentaquark" Kompas, Rabu, 10 September 2003). Kedua ilmuwan tersebut saat ini menjadi sangat terkenal dalam komunitas fisika partikel.

Dapat dibayangkan betapa gegap-gempitanya riset yang dilakukan untuk meneliti pentaquark saat ini. Di laboratorium Jefferson (JLab), Amerika Serikat, riset pentaquark mendapat prioritas utama, mereka boleh menggunakan full beam-line dengan beam-time yang cukup lama karena para peneliti ingin memperkecil kesalahan statistik dalam mendeteksi partikel ini.

DI tempat partikel ini mula-mula ditemukan, tentu saja Prof Nakano mendapatkan fasilitas yang tidak kalah hebat, selain mendapat penghargaan bergengsi Nishina dari komunitas fisikawan Jepang. Beberapa fisikawan teori senior, seperti Robert Jaffe dan Frank Wilczek dari MIT serta Hary Lipkin dari Israel, merasa perlu "turun gunung" untuk mengusulkan eksperimen lanjutan guna memperkuat konfirmasi keberadaan pentaquark. Pendek kata, mayoritas tenaga fisikawan partikel kini dikerahkan untuk meneliti keberadaan dan sifat-sifat pentaquark.

Meskipun demikian, pengamatan yang dilakukan oleh fisikawan pada akseleratorbesar, seperti Fermilab di Amerika Serikat, KEK di Jepang, serta DESY di Jerman menunjukkan hasil negatif. Topik workshop pun beralih pada persoalan eksistensi pentaquark. Paling tidak hanya satu eksperimen yang berhasil mengamati keberadaan pentaquark pada akselerator berenergi tinggi, yaitu di CERN, Geneva.

Menurut pengamatan penulis saat workshop tersebut, status konfirmasi pentaquark hanyalah 60 persen. Dengan demikian, sekitar 40 persen eksperimen yang memang ditujukan untuk mengobservasi pentaquark gagal mendapatkan petunjuk keberadaan pentaquark di balik miliaran atau ratusan miliar data yang mereka peroleh. Namun, pada kenyataannya kondisi ini malah mendorong para eksperimentalis menjadi lebih giat melakukan eksperimen. Saat ini, eksperimen-eksperimen yang mengonfirmasikan keberadaan pentaquark diulangi dengan ketelitian hingga sepuluh kali lipat.

Dari kondisi di atas, wajar rasanya jika seorang peneliti di Jepang kaget melihat bahwa peneliti di negara berkembang juga ambil bagian di tengah hiruk-pikuknya penemuan pentaquark. Negara-negara berkembang masih dianggap kerepotan menangani masalah kesejahteraan rakyatnya, suatu anggapan yang juga tidak salah.

Lalu apa manfaatnya riset pentaquark bagi negara kita? Di hari ketiga workshop para peserta diajak berkeliling synchrotron untuk melihat fasilitas penelitian tempat pentaquark pertama kali diamati. SPRING8 merupakan fasilitas radiasi synchrotron generasi ketiga terbesar di dunia dengan energi sebesar 8 GeV (miliar elektronvolt) yang mulai dibangun pada tahun 1991 di atas tanah seluas 140 hektar.

Konstruksi fisiknya terdiri dari tiga bagian utama, yaitu sebuah linac (akselerator linier) yang mempercepat elektron hingga berenergi 1 GeV, sebuah synchrotron yang menambah kecepatan elektron sehingga energi kinetiknya menjadi 8 GeV, dan sebuah storage ring yang berfungsi menyimpan elektron dalam lintasan berbentuk lingkaran sepanjang 1,5 kilometer. Di dalam storage ring berkas elektron dapat bertahan selama kurang lebih dari 100 jam. Elektron yang akan digunakan atau diubah menjadi radiasi synchrotron dikeluarkan melalui beam-line.

Ada sekitar 45 beam-line yang tersedia, mayoritas digunakan untuk riset sains material, biologi, dan medis. Satu beam-line didedikasikan untuk penelitian fisika nuklir dan partikel di bawah koordinasi pusat riset nuklir Universitas Osaka yang pada akhirnya membawa berkah berupa penemuan pentaquark. Di dalam synchrotron tampak pemandangan yang sungguh luar biasa, peralatan-peralatan eksperimen supercanggih dan mahal terhampar sepanjang 1,5 kilometer.

Rekan saya yang seorang profesor di George Washington University bahkan sempat geleng-geleng kepala. Di Jepang, katanya, setiap orang berprestasi dapat melakukan apa saja. Tampaknya memang mahal biaya yang harus ditanggung untuk sebuah synchrotron, namun jika penggunaannya optimal, seperti SPRING8 (di mana sebagian beam-line dijual ke pihak industri), tentu saja biaya bukan lagi masalah besar.

Malamnya di salah satu stasiun TV Jepang saya menyaksikan acara yang membahas penggunaan pencitraan PET (Positron Emission Tomography) untuk mendiagnosa kanker secara dini. PET merupakan metode deteksi kanker baru yang relatif mahal, namun hasil penelitian menunjukkan bahwa PET dapat secara akurat menentukan posisi kanker serta "mengukur" apakah sel kanker tersebut aktif dan berkembang atau pasif dan menyusut. Hal ini dimungkinkan karena PET dapat memberikan citra yang sangat detail.

PRINSIP kerja PET merupakan salah satu aplikasi fisika nuklir dalam bidang medis yang relatif sederhana. Pasien yang akan didiagnosa diberi, misalnya, isotop Fluorine-18 (18F) yang di-"ikat"-kan pada molekul glukosa. Molekul ini akan diserap oleh sel sebagai glukosa sehingga mayoritas molekul akan berkumpul pada sel-sel yang metabolismenya sangat aktif, seperti sel-sel kanker.

Isotop ini akan meluruh dengan memancarkan positron yang akan bergerak tidak lebih dari 3 milimeter sebelum ditangkap oleh elektron yang ada di sekelilingnya dan menimbulkan proses anihilasi yang menghasilkan dua buah foton (sinar gamma) dengan energi masing-masing 511.000 elektronvolt. Karena hukum kekekalan momentum, kedua foton akan bergerak bertolak belakang menuju ke dua buah detektor yang, misalnya, diletakkan di kiri dan kanan pasien.

Komputer yang dihubungkan dengan detektor dapat menentukan apakah kedua foton berasal dari satu proses yang sama atau tidak. Jika ya, maka komputer akan menarik satu garis lurus yang merupakan lintasan kedua foton tadi. Jika proses yang terjadi sangat banyak, komputer akan merekam banyak garis yang akan memotong satu tempat yang tidak lain merupakan lokasi sel-sel kanker.

Masalahnya, isotop 18F memiliki waktu hidup yang tidak lama, waktu paruhnya kurang dari dua jam. Dengan demikian, isotop ini harus dihasilkan di tempat yang tidak jauh dari lokasi pencitraan PET, yaitu di rumah sakit. Isotop ini diproduksi dengan menggunakan akselerator berbentuk linac atau cyclotron mini yang berenergi beberapa juta elektronvolt.

Jadi, berbahagialah negara-negara yang telah menguasai teknologi akselerator seperti linac, synchrotron, atau cyclotron, karena mereka tidak perlu bergantung pada negara lain untuk menjamin kesehatan warganya, serta dapat berbangga telah berhasil menemukan partikel baru di alam ini.

Dr Terry MartPengajar dan Peneliti pada Departemen Fisika, FMIPA-UI, Peneliti Tamu di Okayama University of Science, Jepang